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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet einer Datenverarbeitung
und einer Datenübertragung,
und im Besonderen eine Rückgewinnung
von über
einen Kommunikationskanal übertragenen
oder von einem Speicher abgerufenen Daten.
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HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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In
digitalen Systemen ist es sowohl für in einem Speicher gespeicherte
Daten als auch für über einen
Kommunikationskanal übertragene
Daten üblich
durch Fehler verfälscht
zu sein. Es gibt zahlreiche Techniken, die typischerweise eingesetzt
werden zum Detektieren von Fehlern und/oder zum Korrigieren von
detektierten Fehlern. Ein Beispiel einer Fehlerdetektionstechnik
ist die gut bekannte zyklische Redundanzcode (cyclic redundancy
code) (CRC) Überprüfung. Andere
Techniken, die Blockcodes und Faltungscodes verwenden, erlauben
sowohl eine Fehlerdetektion als auch eine Fehlerkorrektur. Für eine Fehlerdetektion
und -Korrektur werden zusätzliche
Codierbits zu den Datenbits hinzugefügt. Wenn die Daten über den
Kommunikationskanal empfangen werden oder von dem Speicher abgerufen
werden, werden die empfangenen/abgerufenen Daten dekodiert unter
Verwenden der zusätzlichen
Bits auf eine Weise zum Detektieren, ob einige der Daten fehlerhaft
sind. Eine Art des Vorstellens dieser Dekodierprozeduren ist, eine
Analogie zwischen diesen und der menschlichen Fähigkeit zum Korrigieren von Buchstabierfehlern
während
eines Lesens eines gedruckten Textes herzustellen. Da Wörter ausreichend unterschiedlich
voneinander sind, weiß der
Leser intuitiv, welches Wort gemeint ist.
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Diese
Fehlerdetektions- und/oder -Korrekturcodiertechniken fügen, zu
einem gewissen Grad, redundante Information hinzu. Je mehr Redundanz
in einer Einheit von Daten gebildet wird, desto wahrscheinlicher
können
Fehler genau detektiert werden, und in einigen Fällen korrigiert werden. Während die Anzahl
von Codierbits bzw. redundanten Bits zunimmt, nimmt der Gesamtdaten-"Durchsatz" leider ab. Der tatsächlich pro
Zeiteinheit übertragene
Dateninhalt wird folglich reduziert. Während die Anzahl von Codier-/Redundanz-Bits
zunimmt, nimmt zusätzlich
die Komplexität
der Codier/Decodier-Algorithmen zu, was begrenzte Datenverarbeitungsressourcen verbraucht
und eine Datenverarbeitungszeit verlangsamt.
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In
einigen relativ "sauberen" Umgebungen, wo es
unwahrscheinlich ist, dass Daten verfälscht werden, können weniger
Codier/Redundanz-Bits verwendet werden in Verbindung mit einfacheren
Fehlerdetektions- und/oder Korrekturprozeduren. In feindlichen Umgebungen
jedoch, wo es beträchtliches
Rauschen, Interferenz etc. gibt, ist solch eine Vereinfachung normalerweise
keine Option. Man betrachte zum Beispiel eine Umgebung einer Funkkommunikation
bzw. einer drahtlosen Kommunikation. Der Funkfrequenzkommunikationskanal
ist einem Sperrfeuer von verfälschenden
Faktoren unterworfen einschließlich
eines immer vorliegenden Rauschens, sich nahezu fortwährend ändernden
Kommunikationskanaleigenschaften, Mehrwege-Fading, Intersymbol-Interferenz
(intersymbol interference) (ISI) erzeugende Zeitdispersion, Interferenz
von Nachbarkanalkommunikationen, und einer Unmenge von anderen Faktoren.
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Ein
zum Schützen
gegen diese verschiedenen Verfälschungsfaktoren
verwendetes Kommunikationsprotokoll (das heißt eine Prozedur) ist ein Transaktionsverarbeiten
einer automatischen Wiederholungsanforderung (automatic repeat request) (ARQ).
Ein reines ARQ-System verwendet nur eine Fehlerdetektion – eine Fehlerkorrektur
wird nicht verwendet. Genauer genommen werden Datenpakete mit einem
Typ von Fehlerdetektionsbits/Codierung von einem Sender zu einem
Empfänger über einen Kommunikationskanal übertragen.
Jedes empfangene Datenpaket wird durch den Empfänger verarbeitet mit Verwenden
der in den Datenpaketen eingeschlossenen Fehlerdetektionsbits, um
zu bestimmen, ob das Datenpaket korrekt empfangen wurde. Wenn das
Paket sicher und genau empfangen wurde, überträgt der Empfänger ein Bestätigungssignal
(acknowledgement signal) (ACK) zurück an den Sender. Wenn Fehler
detektiert werden, sendet der Empfänger eine negative Bestätigung (negative
acknowledgement) (NAK) zurück
an den Sender, verwirft das Datenpaket, und wartet auf eine erneute Übertragung
desselben Datenpaketes von dem Sender. Zusätzlich wird ein vorbestimmtes
Zeitfenster gesetzt, um dem Sender eine ausreichende Zeit zum Übertragen
von Information zu ermöglichen,
dem Empfänger zum
Empfangen und Verarbeiten der Information, und dann Übertragen
eines ACK- oder NAK-Signals zu dem Sender. Wenn der Sender kein
ACK-Signal innerhalb
des vorbestimmten Fensters empfängt, oder
wenn er ein NAK-Signal während
des Fensters empfängt, überträgt der Sender
erneut das Datenpaket.
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In
einer Rauschumgebung oder einer anderweitig Daten verfälschenden
Umgebung wie drahtlosen Kommunikationen, kann eine große Anzahl
von erneuten Übertragungen
auftreten, bevor Daten korrekt empfangen sind. Es ist von Bedeutung,
dass, egal wie viele Male ein Datenpaket übertragen/erneut übertragen
wird, der Sender nicht "schlauer" wird hinsichtlich
dessen, wie die korrekte Information von einem später übertragenen
Datenpaket zu dekodieren ist. Mit anderen Worten, die Wahrscheinlichkeit
des korrekten Empfangens eines Paketes bei einer bestimmten erneuten
Datenpaketübertragung
ist nicht besser als die Wahrscheinlichkeit der vorherigen erneuten Übertragung
von diesem Paket.
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Eine
mögliche
Option zum Verbessern dieses ARQ-Protokolls ist ein Hinzufügen von
Vorwärts-Fehler-Korrektur
(forward error correction) (FEC) Bits zu den Datenpaketen zum Erlauben
eines gewissen Grades einer Bitkorrektur. Ein Beispiel einer solchen "hybriden" Technik würde sein, CRC-Fehlerdetektionsbits
mit Bose-Chaudhuri-Hocquenghem (BCH) Paritätsüberprüfungsbits zu ersetzen. Wenn
fehlerhafte Bits durch den Empfänger
korrigiert werden könnten,
könnte
eine Bestätigung
zu dem Sender gesendet werden, ohne die Erfordernis für weitere
erneute Übertragungen.
Selbst bei Verwenden einer solchen hybriden Technik, wo eine begrenzte
Anzahl von Fehlermustern korrigiert werden kann, macht eine solche
hybride Technik (wie das reine ARQ-Protokoll) keinen Gebrauch der
in den zuvor empfangenen Paketen enthaltenen Information. Fehlerhafte
Datenpakete in dem reinen ARQ-Protokoll oder Datenpakete, die Fehler
haben, die unter Verwenden der hybriden Technik nicht korrigierbar
sind, werden einfach verworfen, was eine fortwährende Folge von erneuten Übertragungen
erfordert.
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WO-93/06671
beschreibt einen erweiterten Fehlerkorrekturprozess zum Korrigieren
einer Datennachricht, die mehrmals übertragen worden ist. Der Prozess
empfängt
zuerst die Datennachricht mindestens zweimal, wobei die erste und
zweite empfangene Nachricht logisch kombiniert werden zum Bilden eines
Fehleranzeigewortes. Das Fehleranzeigewort wird dann verwendet zum
Lokalisieren der Fehlerorte in jeder Nachricht, nachdem einige der
Fehler vervollständigt
sind, abhängig
von der totalen Anzahl von gefundenen Fehlern. Eine Nachricht wird
dann decodiert und verwendet zum Übertragen von Leistungsveränderungen,
einer erneuten Zuweisung eines Kanals oder zum Freigeben eines Anrufs.
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In
US-A-4 375 102 werden digitale Codewörter detektiert durch Vergleichen
von Bitpositionen in mehreren Datenblöcken.
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In
US-A-4 132 975 wird eine Mehrheitsentscheidung hergenommen für Bitpositionen
von mehreren empfangenen Wörtern.
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Es
wird eine zum Beispiel auf ARQ-Protokolle anwendbare Datenrückgewinnungstechnik
benötigt,
die in zuvor übertragenen
Paketen enthaltene Information verwendet, das heißt, die
fehlerhafte Datenpakete eher verwendet als diese zu verwerfen, so dass
die aktuell empfangene erneute Übertragung des
Datenpaketes korrigiert werden kann unter Verwenden der Information
von den zuvor empfangenen Datenpaketen. Es ist wahrscheinlich, dass
viele der Bits der früher übertragenen
Pakete korrekt sind, und dass nur eines oder wenige der Bits in
den meisten Fällen
verfälscht
sind. Ein Hauptziel dieser Erfindung ist ein Nutzen der korrekten
Information, die aus früheren Übertragungen
des Paketes angesammelt ist, um ein korrektes Datenpaket zu erzeugen.
Solch eine Technik sollte jedoch nicht zuviel Verarbeitungszeit
verbrauchen und sollte, wenn möglich,
die Menge des für
solch ein Verarbeiten erforderlichen Speichers minimieren, so dass
die Technik in verschiedenen Umgebungen verwendet werden kann, wo
Speicherressourcen begrenzt sind, zum Beispiel bei tragbaren/mobilen
Funkgeräten.
Es wäre
deshalb wünschenswert,
eine Vorwärts-Fehler-Korrektur
in einem ARQ-Protokoll zu haben, ohne die Erfordernis des Hinzufügens von
Vorwärts-Fehler-Korrektur-Bits
zu jedem Datenpaket.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Datenrückgewinnungssystem
bereitzustellen, in dem eine korrekte Dateneinheit rückgewonnen
wird unter Verwenden von Information, die in zuvor empfangenen/übertragenen
aber nicht annehmbaren Dateneinheiten enthalten ist.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, solch eine Datengewinnungstechnik
bereitzustellen in einer Transaktionsumgebung einer automatischen Wiederholanforderung
(automatic repeat request) (ARQ), so dass Daten korrigiert werden
können, ohne
dass zusätzliche
Vorwärts-Fehler-Korrektur-Bits den
Dateneinheiten hinzugefügt
werden müssen.
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Es
ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Fehlerrückgewinnungstechnik
bereitzustellen, die wirkungsvoll ist im Rückgewinnen von Daten in einer feindlichen
Umgebung, ohne Erfordern des Hinzufügens von Vorwärts-Fehler-Korrektur-Bits zu den Datenpaketen,
komplexen Vorwärts-Fehler-Datenkorrektur-Decodierungsprozeduren,
oder signifikanten Speicherressourcen.
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Die
vorliegende Erfindung löst
die oben erwähnten
verschiedenen Probleme und erfüllt
diese und andere Ziele. In einem Datenübertragungssystem einer automatischen
Wiederholanforderung, wo Dateneinheiten empfangen werden, auf Fehler überprüft werden,
und erneut übertragen
werden, wenn Fehler detektiert werden, so dass eine Menge von Dateneinheiten
erzeugt wird, führt
die vorliegende Erfindung eine erste Wiederherstellungsoperation auf
abwechselnden Dateneinheiten in der Sequenz bzw. Folge durch und
eine zweite Wiederherstellungsoperation auf den anderen Dateneinheiten
in der Sequenz, um eine annehmbare Dateneinheit wiederherzustellen.
Eine der Wiederherstellungsoperationen kann ein Bestimmen einer
mehrheitsgewählten
Dateneinheit enthalten basierend auf einer gegenwärtig empfangenen
Dateneinheit und zuvor empfangenen Dateneinheiten in der Sequenz.
Die andere Wiederherstellungsoperation kann einen direkten Vergleich
der mehrheitsgewählten
Daten mit einer gegenwärtig
empfangenen Dateneinheit durchführen,
um die Bitpositionen zu identifizieren, die unterschiedliche Bitwerte
haben. Ein oder mehrere Bitwerte bei diesen Bitpositionen werden
geändert,
in der Hoffnung eines Erzeugens einer korrekten Dateneinheit. Diese
abwechselnde Anwendung von Wahl- und
Paketvergleichswiederherstellungs-Techniken auf eine Umgebung einer
reinen automatischen Wiederholanforderung (automatic repeat request)
(ARQ) (das heißt,
eine ohne Vorwärts-Fehler-Korrektur)
ist sehr bedeutsam, weil eine Kommunikationseinheit ihre Leistung
signifikant verbessern kann in Umgebungen einer hohen Bitfehlerrate,
und die Wahrscheinlichkeit eines korrekten Empfangens eines übertragenen
Paketes in kürzeren
Zeitperioden erhöhen
kann.
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In
der bevorzugten beispielhaften Ausführungsform mit Verwenden von
abwechselnden Mehrheitswahl- und Paketvergleichsdateneinheit-Wiederherstellungs-Techniken,
ist ein Mehrheitswählen
weniger wirkungsvoll, wenn bei der Wahl eine gerade Anzahl von Paketen
vorliegt, in dem Sinn, dass es schwer ist, "Gleichstands"-Wahlen aufzulösen. Wenn zum Beispiel vier
Pakete gewählt
sind, welcher Wert sollte dann einer Bitposition zugewiesen werden,
wo zwei der Pakete "1en" für diese
Bitposition haben und die anderen zwei Pakete "0en" für diese
Bitposition haben? Eher als willkürlich Auswählen einer "1" oder "0", verwendet die bevorzugte beispielhafte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Mehrheitswahl nur für ungerade
Anzahlen von empfangenen Datenpaketen und für einen direkten Vergleich des
gegenwärtig
empfangenen Datenpakets mit dem mehrheitsgewählten Datenpaket für gradzahlig
nummerierte Pakete, um dieses Dilemma eines Gleichstandsaufbrechens
zu vermeiden. Sowohl in der Mehrheitswahl als auch in der direkten
Vergleichstechnik wird Information von zuvor empfangenen Datenpaketen
verwendet, was die Wahrscheinlichkeit eines Erhaltens eines korrekten
Paketes erhöht.
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Weil
die Operationen einer Mehrheitswahl und eines direkten Vergleichs
relativ einfach durchzuführen
sind, werden relativ geringe Mengen von Datenverarbeitungsressourcen
und Zeit verbraucht. Überdies
stellt die vorliegende Erfindung eine neue Technik bereit zum Verwenden
von in zuvor empfangenen aber dennoch fehlerhaften Paketen enthaltener
Information mit minimalem Speicher. Während die Information von zuvor
empfangenen fehlerhaften Paketen bewahrt wird, werden die Pakete
selbst nicht gespeichert. Anstelle dessen akkumuliert die vorliegende
Erfindung für
jede entsprechende Bitposition in dem wieder hergestellten Datenpaket
eine Summe von Bits in dieser Position von jeder empfangenen Dateneinheit.
Ein Schwellenwert wird dann bestimmt basierend auf der Anzahl von
erneut übertragenen Dateneinheiten
in der Sequenz bzw. Folge, und jede akkumulierte Summe wird mit
dem Schwellenwert verglichen. Wenn die akkumulierte Summe geringer als
oder gleich dem Schwellenwert ist, wird der Bitwert der entsprechenden
Bitposition des wiederhergestellten Datenpaketes zu 0 gesetzt. Andernfalls wird
der Bitwert der entsprechenden Bitposition des wiederhergestellten
Datenpaketes zu 1 gesetzt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Diese
und andere Ziele der vorliegenden Erfindung als auch spezifische
beispielhafte Ausführungsformen
der Erfindung werden nun in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen
beschrieben werden, in denen ähnliche
Bezugsziffern auf ähnliche Elemente
verweisen:
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1 ist
ein Funktionsblockdiagramm eines Datenkommunikationssystems gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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3A–3Cveranschaulichen
beispielhafte Datennachrichten und in der Datennachricht enthaltene
Datenpakete;
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4 veranschaulicht
ein mehrheitsgewähltes
Paket;
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5 veranschaulicht
eine Bitakkumulationsfunktion gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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6 veranschaulicht
einen direkten Vergleich eines empfangenen Datenpaketes mit dem mehrheitsgewählten Paket;
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7 ist
eine schematische Veranschaulichung eines Multistandort-Bündelfunk-Kommunikationssystems,
in dem die vorliegende Erfindung eine besondere Anwendung haben
kann;
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8 ist
ein Funktionsblockdiagramm eines Funkdatennetzwerks, in dem die
vorliegende Erfindung verwendet werden kann;
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9 ist
ein Funktionsblockdiagramm einer tragbaren/mobilen Funk-Transceiver-Einheit,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann;
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10 ist
ein Flussdiagramm, das eine Datenrückgewinnungsprozedur gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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11 ist
ein Flussdiagramm, das eine direkte Vergleichsoperation veranschaulicht,
die gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann; und
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12 ist
ein Flussdiagramm einer Mehrheitswahlprozedur, die gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
des Datenrückgewinnungsschemas
gemäß der vorliegenden
Erfindung durchgeführt werden
kann.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In
der folgenden Beschreibung, zum Zweck der Erklärung und nicht einer Einschränkung, werden spezifische
Details bekannt gemacht, so wie bestimmte Schaltkreise, Schnittstellen,
Techniken etc., um ein eingehendes Verständnis der vorliegenden Erfindung
bereitzustellen. Es wird jedoch dem Fachmann ersichtlich sein, dass
die vorliegende Erfindung in anderen Ausführungsformen betrieben werden kann,
die von den spezifischen Details abweichen. In anderen Fällen sind
detaillierte Beschreibungen von wohlbekannten Verfahren, Geräten und
Schaltkreisen weggelassen, um die Beschreibung der vorliegenden
Erfindung nicht mit unnötigen
Details unverständlich
zu machen.
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Die
vorliegende Erfindung ist zum Zwecke eines Beispiels nur in dem
Kontext eines Datenkommunikationssystems beschrieben. Nachfolgende Ausführungsformen
beschreiben eine Anwendung der vorliegenden Erfindung im Besonderen
auf eine Funkkommunikationsumgebung. Jedoch ist die vorliegende
Erfindung nicht auf Funkkommunikationen oder irgendeinen Typ von
Funkkommunikationen beschränkt.
Andere Anwendungen der vorliegenden Erfindung können auf irgendeine Art eines
Datenverarbeitungssystems gerichtet sein, das Daten empfangen und/oder
darauf zugreifen muss, die möglicherweise
verfälscht
sind einschließlich
zum Beispiel verschiedener Daten, die zu oder von einem Speichergerät übermittelt
werden.
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Dem
gemäß beschreibt 1 ein
Datenkommunikationsnetzwerk eines drahtgebundenen Typs, das einen
Sender 12, so wie einen Datenprozessor 20, einschließt, der
Pakete von Daten über
einen Netzwerkbus 16 an einen Datenempfänger 14 sendet, der
ein anderer Datenprozessor oder ein anderes Gerät, zum Beispiel ein Perpheriegerät, sein kann.
Beide Datenprozessoren 24 und 26 haben ihre jeweiligen
Speicher 22 und 28 und beide Datenprozessoren
beinhalten jeweilige Transceiver 24 und 30 zum
Kommunizieren von Paketinformation über den Netzwerkbus 16.
Datenprozessor 20 und Transceiver 24 formatieren
Daten, um dem geeigneten Protokoll zu folgen, das zur Übertragung über den
Netzwerkbus 16 verwendet wird, einschließlich eines
Aufteilens von Daten in Dateneinheiten oder Datenpakete als auch
die Einbeziehung/Codierung von Fehlerdetektionsbits. Datenprozessor 26 verarbeitet
die in Transceiver 30 empfangenen Dateneinheiten gemäß in Speicher 28 gespeicherten
Algorithmen, um zu detektieren bzw. zu erfassen, ob jede Dateneinheit
korrekt empfangen ist. In einer besonders vorteilhaften Anwendung
der vorliegenden Erfindung wird ein Protokoll einer automatischen
Wiederholanforderung (automatic repeat request) (ARQ) eingesetzt
zwischen Sender und Empfänger,
so dass, wenn eine Dateneinheit korrekt durch Empfänger 14 empfangen ist,
der Empfänger 14 eine
Bestätigung
(acknowledgment) (ACK) zurück
zum Sender 12 über
den Netzwerkbus 16 überträgt. Wenn
die Dateneinheit inkorrekt empfangen ist und nicht korrekt wiederhergestellt
werden kann gemäß der vorliegenden
Erfindung, überträgt Empfänger 14 eine
negative Bestätigung
(negative acknowledgment) (NAK) über
das Netzwerk 16 an Sender 12, der als Antwort
dieselbe Dateneinheit erneut überträgt.
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Die
Datenrückgewinnungstechnik,
die durch den Empfänger/Datenprozessor 26 verwendet
wird, um eine Dateneinheit von einer Sequenz von erneut übertragenen
Versionen dieser Dateneinheit wiederherzustellen, wird nun in 2 beschrieben.
Obwohl die Sequenz bzw. Folge von Dateneinheiten hier im nachfolgenden
in dem Kontext von erneuten Übertragungen über einen
Kommunikationskanal (drahtgebunden oder drahtlos) beschrieben wird,
könnte
die Folge von Dateneinheiten ebenso durch mehrere Zugriffe von einem
Datenspeichergerät
derselben Dateneinheit erzeugt sein. Die Anzahl von erneuten Übertragungen
oder Zugriffen ist selbstverständlich ein
Entwurfsparameter in irgendeinem System. Eine hohe Anzahl von erneuten Übertragungen
oder Zugriffen könnte
in einem fehleranfälligeren
System gesetzt sein, während
eine niedrigere Grenze in einem relativ fehlerfreien System/Umgebung
gesetzt sein könnte.
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In
der Datenrückgewinnungsprozedur 40 wird
eine Dateneinheit empfangen und auf Fehler überprüft (Block 41). Wenn
die aktuelle Dateneinheit ohne Fehler empfangen wird (oder alternativ
innerhalb einer annehmbaren Bitfehlerrate für Anwendungen so wie digitaler
Sprache, die manche Bitfehler tolerieren kann), wird eine Bestätigung (acknowledgement)
(ACK) zurück
von dem Empfänger 14 zu
dem Sender 12 übertragen
(Block 47), und die nächste empfangene
Dateneinheit wird auf Fehler überprüft (Block 41).
Andernfalls wird eine Entscheidung getroffen, ob dieses die erste Übertragung
der Dateneinheit ist (Block 43). Wenn dies so ist, fordert
der Empfänger 14 eine
erneute Übertragung
der Dateneinheit an (Block 44) und kehrt zum Empfangen
der erneut übertragenen
Dateneinheit und zum Überprüfen auf
Fehler zurück
(Block 41).
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Wenn
dieses eine erneute Übertragung
der Dateneinheit ist, wird eine Entscheidung getroffen, ob diese
Dateneinheit eine "abwechselnde" Dateneinheit ist
(Block 48). Als ein Beispiel können abwechselnde Dateneinheiten
den "ungeraden" Übertragungen derselben Dateneinheit
entsprechen, das heißt Übertragung
1, erneute Übertragung
3, erneute Übertragung
5, etc. Andererseits können
abwechselnde Dateneinheiten "geraden" Übertragungen entsprechen, das
heißt
erneute Übertragung
2, erneute Übertragung
4, erneute Übertragung
6, etc. Wenn die Dateneinheit eine abwechselnde Dateneinheit ist,
wird eine erste Dateneinheit-Wiederherstellungsoperation durchgeführt (Block 50).
Andernfalls wird eine zweite Dateneinheit-Wiederherstellungsoperation durchgeführt (Block 52).
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Wenn
eine der ersten oder zweiten Dateneinheit-Wiederherstellungsoperationen durchgeführt wird,
wird eine Entscheidung in Block 54 getroffen, ob die wiederhergestellte
Dateneinheit gültig
ist, zum Beispiel ob die wiederhergestellte Dateneinheit frei von
Bitfehlern oder unterhalb eines vorbestimmten Bitfehlerschwellenwertes
ist. Wenn dies so ist, kehrt die Steuerung zu Block 47 zurück, wo der
Empfänger 14 eine
Bestätigung
zurück
zu dem Sender 12 sendet. Andernfalls kehrt die Steuerung
zu Block 44 zurück
zum Anfordern einer erneuten Übertragung
der Dateneinheit.
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Die
vorliegende Erfindung kann angewendet werden auf irgendein Datenformat,
wo Daten in Einheiten gesendet werden. Zum Beispiel zeigt 3A ein
beispielhaftes Format für
eine digitale Datennachricht. Die Nachricht kann mit einem Kopfabschnitt
von Bits beginnen, irgendeiner Anzahl von Funktionen zugeordnet,
einschließlich
eines Starts einer Datennachricht, Sender- und/oder Empfängeradressinformation,
Länge der
Nachricht, etc. Ein Beispiel eines solchen Kopfes bzw. Headers ist
der Standard Internetprotokoll (Internet protocol) (IP) Header.
Dem Header folgen in 3A gezeigte Pakete von Daten
als Paketnummer 1, Paketnummer 2, Paketnummer 3 ....
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Wie
in 3B gezeigt beinhaltet jedes Paket sowohl Daten
als auch Fehlerdetektionsbits. Mit anderen Worten, nicht alle Bits
in jedem Paket entsprechen der wesentlichen zu übertragenden Information. Es
wird richtig eingeschätzt
werden, dass während
der Begriff Datenpaket manchmal bei der vorliegenden Erfindung verwendet
wird, die vorliegende Erfindung auf irgendeine Einheit von Daten
angewendet werden kann und nicht notwendiger Weise auf Datenpakete
beschränkt
ist.
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Eine
spezifische beispielhafte Konfiguration eines Datenpakets ist in 3C gezeigt.
Eine vorbestimmte Anzahl von Datenbits in einem ersten Abschnitt
des Datenpakets wird gefolgt durch einen zweiten Abschnitt von Bits
einer zyklischen Redundanzüberprüfung (cyclic
reduncancy check) (CRC). Eine zyklische Redundanzüberprüfung stellt
nur eine Fehlerdetektion bereit – sie wird nicht verwendet
zum Korrigieren von Fehlern. Beispiele von wohlbekannten CRCs beinhalten
CRC-CCITT und CRC-16.
Die vorliegende Erfindung kann auch mit einer Vorwärts-Fehlerdetektion und
Korrekturbits so wie BCH-Paritäts-Überprüfungsbits verwendet werden. Jedoch
ist einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung, dass Vorwärts-Fehler-Korrekturbits und
Codier/Decodieralgorithmen nicht in einer Datenrückgewinnung eingesetzt werden
brauchen.
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Eine
der ersten und zweiten Dateneinheit-Wiederherstellungsoperationen kann eine
Mehrheitswahloperation sein, die nun in Verbindung mit der beispielhaften
Veranschaulichung von 4 beschrieben wird. In einer
bevorzugten Ausführungsform
wird die Mehrheitswahltechnik angewendet auf abwechselnde ungerade
Datenpaketübertragungen. In
dem einfachen in 4 gezeigten Beispiel wird deshalb
die Mehrheitswahloperation auf drei Übertragungen des Datenpaketes
durchgeführt.
Jedes Datenpaket kann in diesem nichtbeschränkenden Beispiel 32 Datenbits
und 16 CRC-Bits beinhalten. Wenn zwei oder drei der Bits in einer
bestimmten Bitstelle denselben Wert haben, wird dieser Wert dieser Bitposition
in dem mehrheitsgewählten
Datenpaket zugewiesen. Die zwei Beispiele in dem ersten 8-Bit-Byte
der drei Datenpakete zeigen, dass in der vierten Bitposition eine
Mehrheitswahl von 1, 1, und 0 in einer 1 resultiert. Im Gegensatz
dazu resultiert in der siebten Bitposition eine Mehrheitswahl von
Bitwerten 0, 1 und 0 in einer 0, die dieser siebten Bitposition
zugewiesen wird. Obwohl nicht veranschaulicht, könnte irgendein Abschnitt von
Bits des Datenpaketes verwendet werden zum Durchführen der Mehrheitswahloperation.
Jedoch wird mehr Information erzielt durch Durchführen der
Mehrheitswahl über
das gesamte Datenpaket einschließlich aller 32 Datenbits und
aller 16 CRC-Bits.
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Das
mehrheitsgewählte
Paket kombiniert in einem einzelnen Datenpaket die kumulative Bitinformation
von dem ersten, zweiten und dritten Datenpaket. Viele dieser Bits,
wie in 4 gezeigt, werden genau empfangen (alle "0en" oder alle "1en" in einer bestimmten
Bitposition). Selbst in den Bitpositionen, die eine Mehrheitswahlentscheidung
zwischen sich unterscheidenden Bitwerten erfordern, gibt es eine hohe
Wahrscheinlichkeit, dass das Mehrheitswahlergebnis dem korrekten
Bitwert entspricht. Nach Erzeugen des mehrheitsgewählten Paketes
wird die CRC-Operation durchgeführt
auf dem Datenpaket, um zu bestimmen, ob es korrekt ist oder innerhalb
einer annehmbaren Toleranz.
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Eine
besonders vorteilhafte aber nicht-einschränkende Implementierung der
vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines neuen Bitakkumulationsmerkmals,
das in dem Mehrheitswahlbestimmungsprozess verwendet wird. Eher
als Speichern jedes empfangenen Datenpaketes im Speicher und dann
Abrufen jedes dieser gespeicherten Datenpakete für eine Mehrheitswahloperation
wird Speicher gespart und eine Komplexität reduziert durch Erzeugen
und Unterhalten bzw. Aufrechterhalten von Bitakkumulatoren für jede Bitposition
in dem Datenpaket. Jedes Bit des empfangenen Datenpakets wird einem
entsprechenden Bitakkumulator hinzugefügt. Wenn 48 Bits in jedem Datenpaket
vorliegen, würde das
Datenpaket somit 48-Bitakkumulatoren
haben, wobei die Größe eines
jeden Akkumulators 1-Byte ist. Ein Bitwert von "1" resultiert
darin, dass eine "1" zu dem Bitakkumulator
für diese
Bitposition hinzugefügt
wird, und ein Bitwert von "0" resultiert in keiner Änderung
des entsprechenden Bitakkumulatorwertes. Dadurch wird eine laufende
Summe der gesamten Anzahl von "1en" in jeder Bitposition
des Datenpaketes unterhalten bzw. aufrecht erhalten. Der Gesamtsummenwert
in jedem Bitakkumulator wird mit der Anzahl von empfangenen Datenpaketen
verglichen. Wenn der Gesamtsummenwert des Bitakkumulators einen
Schwellenwert überschreitet,
wird das mehrheitsgewählte
Bit zu "1" gesetzt; andernfalls wird
das mehrheitsgewählte
Bit zu "0" gesetzt. Der Schwellenwert
kann gleich der Hälfte
der Anzahl von empfangenen Paketen gesetzt werden.
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Solch
ein Bitakkumulator ist besonders vorteilhaft in Umgebungen, wo eine
große
Anzahl von erneuten Paketübertragungen
erforderlich sein kann. Zum Beispiel, wenn eine gesamte Anzahl von
255 erneuten Paketübertragungen
zugelassen ist, kann jeder Bitakkumulator als ein einzelnes 8-Bit (das heißt ein Byte)
Feld definiert sein. Mit anderen Worten, jedes Byte ist ein einzelner
Datenpaketakkumulator. Mit Verwenden dieser Konfiguration wird ein
Datenpaket mit 16 Daten-Bytes und 2 CRC-Bytes 144 Bitakkumulatoren
(das heißt
a 144 Bytes) erfordern, entsprechend so vielen wie 255 erneuten
Datenpaketübertragungen.
Dies stellt signifikante Einsparungen im RAM bereit, verglichen
zum individuellen Speichern jeder erneuten Paketübertragung im RAM. Wenn das
Paket 255 mal gesendet worden wäre, würde ein
individuelles Speichern von jedem Paket 255 × 18 Bytes = 4.590 Bytes von
RAM erfordern. Mit dem bei der vorliegenden Erfindung verwendeten
Bitakkumulatorverfahren werden nur 144 Bytes für beträchtliche Einsparungen an Speicher
benötigt.
Eine andere Konfiguration würde
sein, nur 15 gesamte erneute Datenpaketübertragungen zu erlauben und
ein 4 Bit (Nibble) Bitakkumulatorfeld zu verwenden. Diese Konfiguration
erlaubt ein einzelnes Byte von RAM zum Unterstützen von 2 Bitakkumulatoren.
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In
dem Fall von ungeraden Datenpaketempfängen, werden die Bitwerte bei
jeder Bitposition des empfangenen Datenpakets zu dem entsprechenden Bitakkumulator
hinzugefügt,
um ein neues mehrheitsgewähltes
Datenpaket zu schaffen. Dieses neue mehrheitsgewählte Datenpaket wird dann mit
Verwenden des CRC-Algorithmus
verarbeitet. Wenn es eine CRC-Verifikation passiert, wird das mehrheitsgewählte Datenpaket
angenommen, und eine Bestätigung
an den Sender wird erzeugt, die einen richtigen Paketempfang anzeigt.
Wenn das mehrheitsgewählte
Paket immer noch fehlerhaft ist, wird eine negative Bestätigung an
den Sender übertragen,
so dass das Paket erneut übertragen
werden kann.
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Während die
Mehrheitswahl auf geradzahlige Paketempfänge angewendet werden könnte, ist diese
Technik nicht so wirkungsvoll aufgrund der Gegenwart von möglichen "Gleichständen", zum Beispiel werden
vier Pakete mit zwei "1en" und zwei "0en" in einer einzelnen
Bitposition empfangen. Anstelle dessen wird in der bevorzugten beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein gerades Datenpaket (empfangen mit
einem nicht annehmbaren Fehler) direkt mit dem mehrheitsgewählten Datenpaket
verglichen, das bei dem vorherigen ungeraden Datenpaketempfang berechnet
ist. Die Datenpaketbitwerte des geraden Datenpakets werden wie oben
beschrieben zu den Datenpaketbitakkumulatoren hinzugefügt. Eine
Mehrheitswahl selbst wird jedoch nicht durchgeführt, so dass das mehrheitsgewählte Paket
(mit dem ein direkter Vergleich durchgeführt ist) dasselbe bleibt, wie
beim vorherigen ungeraden Datenpaketempfang berechnet.
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Ein
Beispiel der direkten Vergleichsdateneinheit-Wiederherstellungstechnik ist in 6 veranschaulicht.
Ein direkter Vergleich wird zum Beispiel mit Verwenden einer exklusiven-ODER
(XOR) Operation implementiert, wo Bits, die unterschiedlich sind zwischen
den zwei verglichenen Datenpaketen, in einer binären "1" resultieren,
und Bits, die denselben Wert haben, in einer binären "0" resultieren.
Wie mit Mehrheitswählen
kann ein direkter Vergleich durchgeführt werden auf einem Abschnitt
der Bits in dem Datenpaket, oder vorzugsweise auf allen Datenbits
in dem Paket. Zum Implementieren des Letzteren würden zum Beispiel alle Datenbits
und CRC-Bits des veranschaulichten empfangenen Datenpakets mit allen
Datenbits und CRC-Bits des mehrheitsgewählten Datenpaketes verglichen
werden.
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Wenn
die Anzahl von Bitunterschieden einen Schwellenwert überschreitet,
dann kann es aus den oben beschriebenen Gründen vernünftig sein, das Paket zu verwerfen
und eine negative Bestätigung
an den Sender zu senden. Wenn sich die Pakete jedoch nur bei wenigen
Bitstellen unterscheiden, dann werden diese sich unterscheidenden
Bits systematisch auf alle möglichen
Kombinationen gesetzt, wobei der CRC-Algorithmus für jede mögliche Kombination durchlaufen
wird zum Überprüfen der
Genauigkeit der Daten. Mit anderen Worten, wenn eine der sich unterscheidenden
Bitstellen aktuell zu "1" gesetzt ist, wird
sie zu "0" geändert, und
der CRC-Algorithmus wird überprüft. Wenn
sich zwei Bitstellen unterscheiden, dann werden vier mögliche unterschiedliche
Bitkombinationen versucht. Für
drei Bitstellen, werden 8 mögliche
Bitkombinationen versucht und so weiter. Somit gleicht die Anzahl
von möglichen
Bitkombinationen 2bitdifs, wobei "bitdifs" der Anzahl von sich
unterscheidenden Bits gleicht. Wenn irgendeine dieser Bitkombinationen
eine gültige
CRC-Überprüfung produziert,
dann wird eine Bestätigung
durch den Empfänger
erzeugt, und das korrigierte Paket wird angenommen. Wenn kein gültiges Paket
rückgewonnen
wird, dann wird eine negative Bestätigung übertragen.
-
Der
Prozess eines Abwechselns zwischen den zwei Dateneinheit-Wiederherstellungstechniken, zum
Beispiel zwischen einer geraden und ungeraden Anzahl von Paketempfängen, fährt fort,
bis das Paket entweder positiv bestätigt worden ist, oder bis die maximale
Anzahl von erneuten Versuchen erreicht worden ist. In der oben beschriebenen
beispielhaften Konfiguration mit Verwenden von 8-Bit Akkumulatoren
ist die maximale Anzahl von erlaubten erneuten Versuchen/erneuten Übertragungen
255.
-
Beim
Definieren des Schwellenwertes der direkten Vergleichstechnik gibt
es eine praktische Begrenzung der Anzahl von Bitunterschieden, die
erlaubt sein können.
Das erste Problem ist die Menge der beim Berechnen von CRCs für alle möglichen Kombinationen
beanspruchten Verarbeitungszeit. Diese Verarbeitungszeit muss begrenzt
sein zum Sicherstellen, dass der Empfänger eine Art einer positiven
Bestätigung/negativen
Bestätigung
dem Sender innerhalb einer vorbestimmten Zeitmenge, zum Beispiel
einem Bruchteil einer Sekunde, bereitstellt. Wenn der Empfänger zuviel
Zeit verbringt beim Versuchen aller möglichen Bitkombinationen, könnte dieses
ACK/NAK-Übertragungszeitfenster
sehr wohl überschritten
werden. Das zweite Problem ist ein Annehmen eines Paketes als genau,
das nicht das durch den Sender tatsächlich Übertragene ist, das heißt eines "Verfälschens". Wenn die Anzahl
von Bitunterschieden zwischen den zwei Paketen groß ist, nimmt
die Wahrscheinlichkeit eines Korrigierens des Paketes zu einem inkorrekten
Wert zu, der dennoch eine CRC-Verifikation
passiert. Deshalb sind Kompromisse zum Annehmen von mehr Bitunterschieden in
der direkten Vergleichstechnik eine größere Datenverarbeitungszeit,
ein erhöhter
Leistungsverbrauch, und eine erhöhte
Wahrscheinlichkeit eines "Verfälschens".
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Ein
signifikantes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass wichtige
Information von fehlerhaften Datenpaketen nicht verloren wird durch
Verwerfen dieser Pakete, wenn sie fehlerhaft oder nicht korrigierbar
sind. Ganz im Gegensatz bewahrt und verwendet die vorliegende Erfindung
diese wichtige Information unter Verwenden sowohl der Mehrheitswahltechnik
als auch der direkten Vergleichsfehler-Korrekturtechnik.
-
Man
betrachte zum Beispiel eine Umgebung einer zweiprozentigen Bitfehlerrate
(bit error rate) (BER), wo ein Datenpaket aus 4 Bytes von Daten
und 2 Bytes von CRC-Code-Bits mit insgesamt 48 Bits besteht. In
dieser Umgebung ist die Wahrscheinlichkeit hoch (62%), dass jede Übertragung
dieses Datenpakets ein oder mehrere Fehler enthalten wird. Bei der
Abwesenheit der vorliegenden Erfindung kann die Wahrscheinlichkeit
eines Empfangens irgendeiner Übertragung
eines Datenpaketes ohne Fehler bestimmt werden gemäß der folgenden
Gleichung: Pgutes Paket = (Pkorrektes
Bit)Anzahl von Bits (1)
-
Dem
gemäß wird die
Wahrscheinlichkeit eines Empfangens irgendeines Paketes mit einem oder
mehreren Bitfehlern gemäß der folgenden
Gleichung bestimmt: PFehlerpaket = 1 – (Pkorrektes
Bit)Anzahl von Bits (2)
-
In
dieser Umgebung einer zweiprozentigen Bitfehlerrate ist die Wahrscheinlichkeit,
dass ein einzelnes Bit korrekt empfangen wird, 98% (das heißt Pkorrektes Bit = 98%). Wenn jedoch die gesamte
Anzahl von Datenbits in dem Paket von 4 auf 16 Bytes erhöht wird
(zu insgesamt 144 Bits), dann wird die Wahrscheinlichkeit, dass
ein Paket einen Fehler enthält, sehr
hoch (94,5%). Als ein Ergebnis ist die aktuelle Technologie, die
Datenpakete mit Fehlern einfach verwirft und hofft, dass die nächste Übertragung
fehlerfrei ankommen wird, unrealistisch und unwirksam. Ohne den
Gewinn der Datenrückgewinnungs-/Wiederherstellungstechniken
gemäß der vorliegenden Erfindung
ist die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Empfangens eines
annehmbaren Datenpaketes in zwei Datenübertragungen wie folgt: PErfolg =
Pgutes Paket + (PFehlerpaket)(Pgutes Paket) (3)
-
In
der Umgebung eines zweiprozentigen Bitfehlers mit 48 Bit-Paketen ist die Wahrscheinlichkeit eines
erfolgreichen Empfangens des Paketes bei zwei Versuchen 61,8%, was
nicht besonders vielversprechend ist selbst bei einer Umgebung mit
dieser relativ niedrigen Bitfehlerrate.
-
Durch
Hinzufügen
des direkten Vergleichs von geradzahligen Übertragungen und Mehrheitswählen auf
ungradzahligen Übertragungen
gemäß einer
bevorzugten beispielhaften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird die Wahrscheinlichkeit eines korrekten
Empfangens eines mehrfach übertragenen
Datenpaketes jedoch signifikant verbessert. Die folgenden Wahrscheinlichkeitsberechnungen
für jede
der zwei Korrekturtechniken hilft die Verbesserung zu quantifizieren.
-
Unter
der Annahme, dass für
die direkte Vergleichstechnik nur 2 Bitunterschiede erlaubt sind, wird
die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Decodierens des gerade
zweimal übertragenen
Paketes gemäß den folgenden
Gleichungen bestimmt: PErfolgmit direktem Vergleich hinzugefügt =
Pgutes Paket + (PFehlerpaket)(Pgutes Paket) + (PFehlerpaket)(PFehlerpaket)
(P1-Bitpaketfehler)(P1-Bitpaketfehler(nicht selbiger wie vorheriges
Paket)) (4)wobei P1-Bitpaketfehler =
48(1 – Pkorrektes Bit)(Pkorrektes
Bit)Anzahl von Bits-1 (5)
und P1-Bitpaketfehler
(nicht selbiger wie vorheriges Paket) =47(1 – Pkorrektes Bit) (Pkorrektes
Bit)Anzahl von Bits-1 (6)
-
Die
Wahrscheinlichkeit eines korrekten Empfangens eines Datenpaketes,
wenn die direkte Vergleichstechnik eingeschlossen wird, erhöht sich
von ungefähr
62% auf 67%. Dieser Zuwachs ist bescheiden, weil nur erlaubt wird,
dass das empfangene Paket und das mehrheitsgewählte Paket sich durch 2 Bits
in diesem Szenario unterscheiden. Mit anderen Worten, jedes der
zwei Pakete kann nur einen Bitfehler haben, und die einzelnen Bitfehler
in den zwei Paketen dürfen
nicht an derselben Stelle sein. Wenn die Anzahl von erlaubten Bitunterschieden
erweitert würde
zum Einschließen
von drei oder vier Bitunterschieden, dann würde jedoch die Wahrscheinlichkeit
eines erfolgreichen Empfangs signifikant zunehmen.
-
Ein
Hinzufügen
von Mehrheitswählen
oben zu dem Datenrückgewinnungsprozess
verbessert die Wahrscheinlichkeit eines Korrigierens eines Paketes, das
dreimal übertragen
worden ist. Unter Verwenden der obigen Formel für die Wahrscheinlichkeit eines korrekten
Empfangens einer Paketübertragung
ist die Wahrscheinlichkeit eines Empfangens eines Paketes mit drei Übertragungen
ohne Mehrheitswählen wie
folgt: PErfolg =
Pgutes Paket + (PFehlerpaket)(Pgutes Paket) + (PFehlerpaket)2 (Pgutes Paket) (7)
-
In
einer Umgebung einer zweiprozentigen Fehlerrate mit 48 Bitdatenpaketen
ist PErfolg = 78,4%. Wenn Mehrheitswählen eingeschlossen
wird, ist die Wahrscheinlichkeit eines korrekten Empfangens des Paketes über drei Übertragungen
wie folgt: PErfolg = Pgutes Paket +
(PFehlerpaket)(Pgutes
Paket) + (PFehlerpaket)2(Pgutes Paket) + (PFehlerpaket)3(Pgute Mehrheitswahl) (8) wobei Pgute Mehrheitswahl =
[3(Pkorrektes Bit)(1 – Pkorrektes
Bit) + (Pkorrektes Bit)3] Anzahl von Bits (9)
-
Die
Wahrscheinlichkeit eines korrekten Empfangens eines Paketes mit
Verwenden von Mehrheitswählen
ist 98,7%.
-
Wenn
sowohl die direkte Vergleichstechnik als auch die Mehrheitswahltechnik
hinzugefügt
werden, ist die Wahrscheinlichkeit eines korrekten Dekodierens des
empfangenen 48 Bitpaketes in einer Umgebung einer zweiprozentigen
Bitfehlerrate, gerade dreimal übertragen,
nahezu 100%. Bedeutsamerweise wird dieser Zuwachs in einer Wahrscheinlichkeit eines
korrekten Rückgewinnens
eines Datenpaketes erreicht ohne zusätzliche zu den Datenpaketen
hinzugefügte
Vorwärts-Fehlerkorrektur-Bits.
Die vorliegende Erfindung erzieht anstelle dessen den Empfänger und
macht ihn "schlauer" unter Verwenden von
wertvoller Information von zuvor empfangenen Datenpaketen zum Korrigieren
eines aktuell empfangenen Datenpaketes. Überdies erfordern die direkte Vergleichstechnik
und die Mehrheitswahltechnik nur minimale Zeit, Berechnungs- und
Speicherressourcen. Selbst in besonders rauschhaften Umgebungen, die
mehr als drei Übertragungen
erfordern, kommt die vorliegende Erfindung näher und näher an ein richtiges Rückgewinnen
des übertragenen
Datenpaketes mit jedem neuen Empfang.
-
Eine
mögliche
Verwendung für
die vorliegende Erfindung, wo Datenverarbeitungsressourcen begrenzt
sind, mit Speicherraum sparsam umgegangen werden muss, und wo die
Kommunikationsumgebung typischerweise feindlich ist (hohe Bitfehlerraten),
ist das Gebiet von Funkkommunikationen. Ein Beispiel eines Kommunikationssystems
ist das in 7 gezeigte Bündelfunkrelaissystem 100.
Das Bündelfunkrelaissystem 100 ist
ein "Mehrstandort"-System, wo Standortsteuereinheit
S1 einen Anruf von einem Mobilfunk- und Verbreitungsgebiet A1 empfängt, einen
Kanal zum Kommunizieren mit einem spezifischem Angerufenen oder
einer Gruppe von Angerufenen anfordernd. Der Anrufer fordert den Kanal
an durch Drücken
der Sprechtaste (push-to-talk) (PTT) von seinem tragbaren/mobilen Funktransceiver.
Dieses informiert die Standortsteuereinheit S1 über eine über den zugewiesenen Funksteuerkanal übertragene
ankommende digitale Steuernachricht, dass ein Audiobetriebskanal
benötigt wird.
Die Standortsteuereinheit S1 teilt einen Betriebskanal an den Anrufer
zu und instruiert die Funkeinheit des Anrufers zum Schalten von
dem Steuerkanal zu dem zugewiesenen Betriebskanal. Dieser zugewiesene
Betriebskanal unterstützt
Kommunikationen innerhalb des durch den Standort abgedeckten Gebietes.
-
Zusätzlich kann
die Standortsteuereinheit eine Steuernachricht senden, die den Betriebskanal enthält, der
einer Multi-Standortvermittlung 104 zugewiesen
ist. Dann sendet die Vermittlung eine Kanalanforderung an andere
Standortsteuereinheiten und leitet Audiosignale wahlweise so, dass
ein Audiosignalpfadweg zwischen der dem Anrufer dienenden Funkstandort-Relaisstation
und der/den dem/den Angerufenen dienenden Funkstandort-Relaisstation(en)
geschaffen wird. Zusätzlich
können Audiosignalpfadwege
ebenso auf ähnliche
Weise aufgebaut werden, so dass eine oder mehrere Verschickkonsolen 106 und
Bodenleitungsteilnehmer (über
eine Zentraltelefon-Zusammenschaltvermittlung 108) an der
Kommunikation beteiligt werden können.
Beim Empfangen einer Kanalanforderungsnachricht können diese
sekundären
Standortsteuereinheiten jede einen Funkbetriebskanal dem Anruf zuweisen
(zum Beispiel wenn ein durch die Kanalanforderungsnachricht des
Anrufers gekennzeichneter Angerufener innerhalb des durch den verknüpften Funk-Transceiver-Standort
bedienten Verbreitungsgebietes physikalisch lokalisiert ist). Unterdessen stellt
Multi-Vermittlung 200 sicher,
dass das Audiosignal des Anrufers von dem aktiven Funkempfänger von
Standort S1 zu aktiven Sendern von jedem der anderen an dem Anruf
teilnehmenden Standorte wahlweise geleitet worden ist. Weitere Details
werden zum Beispiel in U.S. Patent 5,200,954 bereitgestellt.
-
Datenübertragungen
können
durchgeführt werden
unter Verwenden von tragbaren/mobilen Funkeinheiten über Datennetzwerke. 8 zeigt zum
Beispiel zwei unterschiedliche Typen von Netzwerken, die ein Ethernet-Netzwerk 110 und
ein Funkdatennetzwerk 112 einschließen. Das Ethernet-Netzwerk 110 und
das Funknetzwerk 112 sind "wechselseitig vernetzt" mit Verwenden eines
Daten-Gateways 114 und eines Datenschnittstellenmoduls 126. Das
Daten-Gateway 114 stellt die Schnittstelle zum Übersetzen
von Nachrichten zwischen beiden Netzwerken bereit. Daten-Gateway 114 ist
verbunden mit Host-Computern 116, 118, und 120 mit
Koaxialkabel eines Ethernet-Netzwerkes 114 mit Verwenden
von zum Beispiel einem Standardprotokoll, so wie TCP/IP. In dem
Funkdatennetzwerk 112 ist das Datenschnittstellenmodul 126 mit
einer Mehrzahl von Standorten 122 und 124 verbunden,
die über
Funkfrequenzkommunikationskanäle
mit einer oder mehreren Funkeinheiten 128 und 130 kommunizieren. Funkdatenendgeräte 132 und 134 (zum
Beispiel Laptop PCs) können
mit Funkgeräten 128 bzw. 130 zum Durchführen von
Datenkommunikationen verbunden sein.
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Zum
Erwirken einer Kommunikation von einem Funkdatenendgerät 132 zu
Host A 116, informiert Funkgerät 128 Standort 122 über den
Funksteuerkanal, dass es eine Nachricht hat und fordert einen Funkbetriebskanal
an. Standort 122 weist einen verfügbaren Funkbetriebskanal zu
und informiert das Funkgerät 128.
Der Standort 122 sendet dann eine Anrufzuweisung zu dem
Dateninterfacemodul 126, das sie wahlweise zu dem Daten-Gateway 114 leitet,
zum Aufbauen eines Datenpfades zwischen dem Daten-Gateway und dem
Funkbetriebskanal. Das Funkgerät 128 zerlegt
die Nachricht in Pakete und sendet Pakete weiter zum Standort 122 über den Funkbetriebskanal.
Der Standort 122 leitet die Datenpakete weiter zu Daten-Gateway 114 über Datenschnittstellenmodul 126,
wie empfangen. Nachdem das Daten-Gateway 114 ein Bündel bzw.
einen Stoß von
Nachrichtenpaketen empfängt, überprüft dieses zum
Erkennen, ob sie korrekt empfangen worden sind, und sendet ein oder
mehrere Bestätigungssignale
zurück
zu dem Funkgerät über den Funkbetriebskanal.
Wenn ein Datenpaket nicht genau empfangen ist, wird ein negatives
Bestätigungssignal
zu dem Funkgerät übertragen
und das Funkgerät überträgt erneut
ein anderes Bündel,
das Pakete enthält, dass
das Daten-Gateway nicht korrekt empfing. Dieses geht solange weiter,
bis das Daten-Gateway 114 die
gesamte Nachricht empfängt,
oder bis das Funkgerät
seine Wiederholungsversuche ausschöpft. Wenn das Daten-Gateway 114 erfolgreich
die Datennachricht empfängt,
sendet das Daten-Gateway 114 die Nachricht weiter zum Host-Computer 116 über den
Bus 114.
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Die
allgemeine Architektur einer geeigneten mobilen/tragbaren Funkeinheit
zum Gebrauch in der vorliegenden Erfindung ist Mikroprozessor-basiert, wie
in 9 dargestellt. Mikroprozessor 150 ist
mit einem geeigneten Speicher 152 und Eingabe/Ausgabe (input/output)
(I/O) Schaltkreisen 154 bereitgestellt, um eine Schnittstelle
mit der Funkanzeige-Einheit,
dem Tastaturblock, der Sprechtaste (PTT), als auch dem Audioschaltkreis 168 zu
bilden, der Audioausgaben an einen Lautsprecher bereitstellt und analoge
Audioeingaben von einem Mikrofon annimmt. Ein Modem 156 funktioniert
als eine digitale Schnittstelle zur Sprachverschlüsselung,
Fahrzeuglokalisierung, der Multi-Standortvermittlung, und anderen
Typen von digitalen Kommunikationsuntersystemen einschließlich dem
Funkdatenendgerät 132.
In einigen Fällen
kann es wünschenswert
sein, dass der Fehlerdetektionsalgorithmus, so wie eine CRC-Überprüfung, in
Hardware, gegensätzlich
zu Software, durchgeführt
wird. Wenn dies der Fall ist, kann das Modem 156 einen
Hardware-Schaltkreis
beinhalten, um Fehlerdetektions- und/oder Korrekturfunktionen zusätzlich zu
Modulations/Demodulationsfunktionen durchzuführen. I/O-Schaltkreis 154 erlaubt auch
eine geeignete Programmsteuerung durch Mikroprozessor 150 des
Funkempfängers 162 und Übertrager 160,
welche, über
einen konventionellen Signalkombinierer 164, eine Duplexkommunikation über eine gemeinsame
Antenne 166 erlauben, wie vom Fachmann klar erkannt werden
wird. Funkdatenendgerät 132 kommuniziert
mit dem Funkgerät 128 über ein mit
dem Modem 156 verbundenes RS-232-Kabel 158.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun detaillierter beschrieben werden,
wie sie zum Beispiel in dem oben beschriebenen Funkkommunikationsnetzwerk implementiert
werden kann. Im Besonderen wird nun eine beispielhafte Datenrückgewinnungsprozedur beschrieben,
die durch einen Funkempfänger
durchgeführt
wird, der über
einen Funkkanal übertragene Datenpakete
empfängt,
in Verbindung mit dem in 10 veranschaulichten
Flussdiagramm. Zuerst wird eine Paketzählvariable PAKETCNT gleich
Null gesetzt (Block 180). Ein Datenpaket wird empfangen (Block 182),
und die Paketzählvariable
wird inkrementiert (Block 184). Unter der Annahme, dass
das Datenpaket ein Format hat ähnlich
zu dem in den 4–6 gezeigten,
wird eine CRC-Überprüfungsoperation
durchgeführt
auf dem empfangenen Paket zum Detektieren irgendwelcher Fehler (Block 186).
Wenn die CRC-Überprüfung bestätigt, dass das
Paket korrekt empfangen wurde (Block 188), überträgt der Empfänger ein
Bestätigungssignal (Block 202) über den
Funkkommunikationskanal und die Steuerung kehrt zum Block 182 zurück, um das nächste Datenpaket
zu empfangen. Andernfalls werden die empfangenen Datenpaket-Bitwerte
zu den für
dieses Datenpaket unterhaltenen entsprechenden Bitakkumulatoren
hinzugefügt
(Block 190). Eine Entscheidung wird getroffen im Block 192,
ob der aktuelle Paketzähler
bzw. Paketzählstand
ungerade ist, das heißt,
ob eine gerade oder ungerade erneute Übertragung dieses Datenpaketes
vorliegt. Wenn es eine ungerade Übertragung
ist, wird ein Algorithmus einer Mehrheitswahl-Dateneinheit-Rückgewinnung durchgeführt (Block 194),
der detaillierter in 11 veranschaulicht ist. Wenn
es eine gerade Übertragung
ist, wird die in 12 veranschaulichte Prozedur
einer direkten Vergleichsdaten-Rückgewinnung durchgeführt (Block 196).
Nach Durchführen
einer der beiden in 11 und 12 detaillierter
gezeigten Datenrückgewinnungsoperationen
kehrt die Steuerung zum Entscheidungsblock 198 zurück, um zu
bestimmen, ob das Paket erfolgreich decodiert ist mit Verwenden
der CRC-Überprüfung. Wenn
nicht, wird ein erneuter Versuch angefordert im Block 200 mit
einem Zurückkehren
der Steuerung zum Block 182, um das erneut übertragene
Paket zu empfangen. Andernfalls ist das wiederhergestellte Datenpaket
annehmbar, und ein Bestätigungssignal
wird übertragen
(Block 202) mit dem nächsten
substantiellen Datenpaket, das in Block 204 verarbeitet
wird.
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Der
direkte Vergleichsalgorithmus (Block 210) wird nun in Verbindung
mit dem in 11 veranschaulichten Flussdiagramm
beschrieben. Das Mehrheitsdatenpaket, das für die ungerade Übertragung
des Datenpaketes berechnet wurde, unmittelbar vorhergehend vor der
aktuell empfangenen geraden Übertragung
des Datenpakets, wird exklusiv-ODER-verknüpft mit dem aktuell empfangenen, geraden
Datenpaket (Block 212), auf ähnliche Weise zu der in 6 gezeigten
Art. Die Summe der Anzahl von Bits, die sich als ein Ergebnis des
exklusiv-ODER-Vergleichs unterscheiden (das heißt, die Bitpositionen, die
eine exklusiv-ODER-Ausgabe von "1" haben) wird Variable
BITDIF zugewiesen (Block 214). Eine Entscheidung wird getroffen,
ob die Variable BITDIF geringer als oder gleich einem vordefinierten
Schwellenwert ist (Block 216). Wie oben erwähnt ist
der Schwellenwert ein Kompromiss zwischen einer verbesserten Datenrückgewinnungsleistung
und der Datenverarbeitungszeit/Ressourcen, die erforderlich sind
zum Berechnen von CRCs für die
vorgeschlagene Anzahl von Bitkombinationen, die aus dieser Anzahl
von Bitunterschieden resultieren. Wenn die Anzahl von sich unterscheidenden
Bits den Schwellenwert überschreitet,
wird ein Erfolgs-Flag auf falsch gesetzt (Block 218). Die
Steuerung kehrt zu 10 zurück, und eine Anforderung eines
erneuten Versuchs wird gemacht, so dass das Datenpaket erneut übertragen
wird. Andernfalls werden verschiedene Bitkombinationen verwendet
zum Erzeugen einer Liste von möglichen
Versuchsdatenpaketen (Block 220). Eines von diesen möglichen Versuchsdatenpaketen
wird ausgewählt
(Block 222), und eine CRC-Überprüfungsberechnung wird durchgeführt (Block 224).
Wenn die CRC-Überprüfung zufriedenstellend
ist (Block 226), wird das Erfolgs-Flag auf wahr gesetzt
(Block 232), und die Steuerung kehrt zu 10 zurück, wo ein
Bestätigungssignal übertragen
wird. Andernfalls wird in Block 228 eine Entscheidung getroffen,
ob alle möglichen
Versuchs-Datenpaket-Kombinationen analysiert worden sind. Wenn nicht,
kehrt die Steuerung zu Block 222 zurück zum Auswählen eines anderen der noch
nicht analysierten möglichen
Versuchs-Datenpakete. Andernfalls, produzierten alle möglichen
Versuchs-Datenpakete unannehmbare Ergebnisse. Das Erfolgs-Flag wird
auf falsch gesetzt (Block 230), und die Steuerung kehrt
zu 10 zurück
zum Senden einer negativen Bestätigung,
wodurch bewirkt wird, dass das Datenpaket erneut übertragen
wird.
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Der
Mehrheitswahlalgorithmus (Block 250) wird nun in Verbindung
mit dem in 12 veranschaulichten Flussdiagramm
beschrieben. In Block 252 wird eine der gesamten Anzahl
von Bits in dem Datenpaket entsprechende Variable TOTALBITS gesetzt.
Dem in dieser Beschreibung verwendeten nicht einschränkenden
Beispiel folgend, wird die gesamte Anzahl von Bits zu 48 gesetzt.
Der Bitakkumulator wird initialisiert, wie auch eine Variable BITNUM,
die auf eine der Bitpositionen in dem Datenpaket "zeigt". In Block 254 wird
eine Schwellenwert-Variable
T gesetzt. Ein beispielhaftes Verfahren zum Berechnen des Schwellenwertes
ist ein Teilen des Paketzählstandes
durch zwei und Abschneiden ("TRUNC") des Rests.
-
Eine
Entscheidung wird in Block 256 getroffen, ob die Bitsumme
in dem Bitakkumulator für
die aktuelle Bitposition, auf die gezeigt wird, den Schwellenwert
T überschreitet
(Block 256). Ist dies der Fall, dann wird der Bitwert dieser
Bitnummer in dem Mehrheitsdatenpaket zu eins gesetzt (Block 258).
Ist dies nicht der Fall, dann wird der Bitwert für diese Bitposition in dem
Mehrheitsdatenpaket zu Null gesetzt (Block 260). In Block 262 wird
dann die Variable BITNUM um eins inkrementiert, um auf die nächste Bitposition/Bitakkumulator
zu zeigen. Eine Entscheidung wird getroffen in Block 264,
ob die neue Bitposition (BITNUM) geringer als die gesamte Anzahl
von Bits in dem Datenpaket ist. Wenn dies so ist, dann werden die
Prozeduren in Blöcken 256 bis 264 wiederholt.
Andernfalls wird die Mehrheitswahloperation für dieses Datenpaket vollendet,
und eine CRC-Überprüfung wird
in Block 266 durchgeführt. Wenn
die Ergebnisse der CRC-Überprüfung gut
sind (Block 268), wird das Erfolgs-Flag gleich wahr gesetzt
(Block 272); andernfalls wird das Erfolgs-Flag auf falsch
gesetzt (Block 270). Die Steuerung kehrt dann zu 10 zurück, um entweder
eine Bestätigung
zu übertragen
(Block 202) oder einen erneuten Versuch anzufordern (Block 200).
-
Die
vorliegende Erfindung gewinnt Datennutzinformation zurück aus zuvor
empfangenen Datenpaketen, um ein Datenpaket wiederherzustellen mit
einer ständig
zunehmenden Wahrscheinlichkeit eines Wiederherstellens des tatsächlich übertragenen
Datenpaketes, unter Annahme einer Bitfehlerrate von weniger als
50%. Mit jedem neuen Empfang bringt die akkumulierte Information
den Empfänger näher an ein
Erhalten des tatsächlich übertragenen Datenpaketes.
Diese Verwendung von Information, die andernfalls verworfen werden
könnte,
erlaubt eine hoch effiziente und wirkungsvolle Bitfehlerkorrektur,
die besonders nützlich
ist in feindlichen Kommunikationsumgebungen für Transceiver mit begrenzten
Datenverarbeitungs- und/oder Speicher-Ressourcen.
-
Während die
Erfindung mit Verweis auf besondere Ausführungsformen davon beschrieben worden
ist, erstreckt sich der Bereich der Erfindung als auch ihre Anwendung
und Merkmale auf andere Ausführungsformen
und ist nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt.